NieuwsDonkere materie

Zoektocht naar donkere materie levert ‘iets spannends’ op, maar wat is nog een raadsel

Donkeremateriejager Xenon1T heeft beet, maar wat hij precies beet heeft weet niemand. In het beste geval zet de meting onze huidige kennis over de deeltjeswereld op losse schroeven. 

Binnenkant van de watertank van Xenon1T. In het midden de tank waarin met 3 ton van het vloeibaar gemaakt edelgas xenon naar donkeremateriedeeltjes wordt gespeurd.Beeld Xenon1T

Hoe fysici verbonden aan het Xenon1T-experiment het mysterieuze signaal moeten interpreteren dat tijdens metingen opborrelde uit een tank vol xenon? Niemand die het weet, inclusief de bouwers van het experiment zelf. Dat melden betrokken fysici woensdag in een artikel op de wetenschappelijke voorpublicatiesite Arxiv.

Xenon1T werd gebouwd om donkere materie te vinden, een mysterieuze vorm van materie die het heelal doordrenkt en waarvan je de invloed alleen indirect kunt zien, wanneer het verder onzichtbare spul via zijn zwaartekracht aan gewone materie trekt. Een mogelijke verklaring is dat donkere materie is gemaakt van hypothetische deeltjes, zogeheten wimps. Wanneer zulke deeltjes op een xenonatoom zouden knallen in de tank van het experiment, gevuld met 3 ton van het vloeibaar gemaakte edelgas, veroorzaakt dat een meetbaar signaal.  

Drie mogelijkheden

Alleen heeft het signaal dat de fysici nu zien een andere handtekening. ‘Dit zijn geen wimps’, zegt fysicus Patrick Decowski, die namens het Nederlandse natuurkunde-instituut Nikhef verbonden is aan Xenon1T. ‘We hebben bijna twee jaar lang een analyse gedraaid om te bepalen wat we dan wél hebben gemeten’, zegt hij. ‘We hebben nog drie mogelijkheden over.’

Van die drie verklaringen zijn er twee spannend en is één een vervuiling in de meetopstelling. Het is namelijk mogelijk dat het gemeten signaal afkomstig is van een heel klein beetje radioactief tritium. Een verontreiniging in de meettank van een enkel tritiumatoom per 10 quadriljoen xenonatomen is al voldoende om het signaal te verklaren. ‘Toch zouden we niet goed snappen hoe dat tritium daar dan is gekomen’, zegt Decowski. 

Deeltjes uit de zon

Zelf hoopt hij op een van de twee spannendere opties. De eerste is dat het experiment deeltjes heeft gemeten die afkomstig zijn uit de zon. Die deeltjes moeten dan zogeheten axionen zijn, een deeltjessoort die tot nog toe alleen bestaat op papier. ‘Het zou spectaculair zijn als we die nu gevonden hebben’, zegt Decowski. 

Ook is het mogelijk dat het experiment neutrino’s heeft gezien, spookachtige deeltjes die vrijwel overal doorheen schieten. Die neutrino's zouden dan wel nieuw gedrag vertonen. Gedrag dat niet past in het huidige standaardmodel van de deeltjesfysica, het model dat alle bekende deeltjes en hun onderlinge interacties vangt in een formule die je kunt afdrukken op een koffiemok. ‘Als we hiermee iets buiten het standaardmodel hebben gemeten, is dat natuurlijk ook geweldig’, zegt Decowski. 

Baanbrekend

Volgens fysicus Jordy de Vries (Universiteit van Massachusetts Amherst) zou zowel de vondst van axionen als van nieuw neutrinogedrag baanbrekend zijn. ‘Maar geloof me: zodra dit resultaat bekend wordt, volgen nog vele andere verklaringen van theoretici van over de hele wereld’, zegt hij. 

Decowski en collega’s werken intussen aan de gevoeligere opvolger van Xenon1T, genaamd XenonnT, waarin men de hoeveelheid xenon verhoogt van 3 naar ruim 8 ton. Ook dat experiment verrijst straks in het Italiaanse Gran Sasso-laboratorium, een lab verstopt diep onder de toppen van de Italiaanse Apennijnen. 

‘Met XenonnT hopen we snel een onderscheid te kunnen maken tussen de verschillende opties’, zegt Decowski. Volgens De Vries kunnen bovendien ook een aantal andere experimenten de zaak verder ophelderen. ‘Als het signaal daadwerkelijk komt door nieuwe deeltjes of nieuw gedrag van deeltjes, dan moeten andere experimenten het ook vinden. Als het door tritium komt, dan zouden die andere experimenten geen signaal of een ander signaal moeten laten zien.’

Meer over de jacht op donkere materie

Fysici hebben in donkere materie-experiment Xenon1T een van de zeldzaamste processen ter wereld gezien. De waarneming opent de deur naar nieuwe inzichten in de manier waarop de bouwstenen van onze werkelijkheid op elkaar passen

Deze maandag had een historische dag in de wetenschap kunnen zijn, vergelijkbaar met de ontdekking van het higgsdeeltje of zwaartekrachtsgolven. Maar het Xenon1T-experiment in het ondergrondse Italiaanse Gran Sasso laboratorium houdt de champagne vooralsnog dicht. De grootste detector ter wereld heeft in driekwart jaar meten nog geen spoor van donkere materiedeeltjes kunnen vinden.

Oplopende emoties in het ondergrondse lab in Gran Sasso, dat donkere materiedeeltjes probeert te vangen. Het spraakmakende DAMA-LIRA experiment meet rommel, denken steeds meer experts.

In een lab diep onder de besneeuwde Abruzzen in Italië, met een hoog James Bond-gehalte, staat een megadetector die vanaf woensdag naar de geheimen van het heelal gaat speuren.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden